C++之容器类有趣的实验(二百四十一)

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1.前言

本篇目的：理解C++之向容器中添加nullptr空指针，容器size()会增大吗？为什么？

通过C++的20个容器类进行实验，看看有什么结果?

2.C++ 容器类介绍

C++提供了多种容器，以下是常用的20个容器及其举例：

1. 数组 (array)：固定大小的连续存储空间。例如：int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5}。

2. 向量 (vector)：可变大小的动态数组。例如：vector numbers = {1, 2, 3, 4, 5}。

3. 列表 (list)：双向链表。例如：list numbers = {1, 2, 3, 4, 5}。

4. 堆栈 (stack)：后进先出 (LIFO) 的数据结构。例如：stack numbers; numbers.push(1); numbers.push(2);。

5. 队列 (queue)：先进先出 (FIFO) 的数据结构。例如：queue numbers; numbers.push(1); numbers.push(2);。

6. 双端队列 (deque)：两端都可以进行插入和删除操作的队列。例如：deque numbers = {1, 2, 3, 4, 5}。

7. 集合 (set)：不重复元素的无序集合。例如：set numbers = {1, 2, 3, 4, 5}。

8. 映射 (map)：键-值对的集合，根据键进行查找。例如：map studentScores = {{“Alice”, 90}, {“Bob”, 85}}。

9. 哈希表 (unordered_map)：基于哈希函数实现的映射容器。例如：unordered_map studentScores = {{“Alice”, 90}, {“Bob”, 85}}。

10. 树 (tree)：一种层次结构，如二叉搜索树 (binary search tree) 或红黑树 (red-black tree)。例如：BST树。

11. 堆 (heap)：一种优先级队列，按照特定规则进行元素的插入和删除。例如：priority_queue numbers; numbers.push(1); numbers.push(2);。

12. 栈 (array-based stack)：基于数组的栈实现。例如：stack numbers; numbers.push(1); numbers.push(2);。

13. 单向链表 (forward_list)：单向链表的容器。例如：forward_list numbers = {1, 2, 3, 4, 5}。

14. 多重集合 (multiset)：允许重复元素的集合。例如：multiset numbers = {1, 2, 2, 3, 4, 4, 4}。

15. 多重映射 (multimap)：允许重复键的映射容器。例如：multimap studentScores = {{“Alice”, 90}, {“Bob”, 85}, {“Alice”, 95}}。

16. 哈希集合 (unordered_set)：基于哈希函数实现的集合容器。例如：unordered_set numbers = {1, 2, 3, 4, 5}。

17. 字符串 (string)：字符串容器。例如：string str = “Hello, world!”。

18. 位集合 (bitset)：固定大小的位集合容器。例如：bitset<8> bits = 8;。

19. 链式哈希集合 (unordered_multiset)：基于哈希函数实现的允许重复元素的集合容器。例如：unordered_multiset numbers = {1, 2, 2, 3, 4, 4, 4}。

20. 链式哈希映射 (unordered_multimap)：基于哈希函数实现的允许重复键的映射容器。例如：unordered_multimap studentScores = {{“Alice”, 90}, {“Bob”, 85}, {“Alice”, 95}}。

3.实例

v1.0

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

using namespace std;

int main() {

  // array
  array<int*, 5> arr = {nullptr};
  cout << "Array size: " << arr.size() << endl;

  // vector
  vector<int*> vec;
  cout << "Vector size: " << vec.size() << endl;
  vec.push_back(nullptr);
  cout << "Vector size: " << vec.size() << endl;

  // list
  list<int*> lis;
  cout << "List size: " << lis.size() << endl;
  lis.push_back(nullptr);
  cout << "List size: " << lis.size() << endl;

  // stack
  stack<int*> sta;
  cout << "Stack size: " << sta.size() << endl;
  sta.push(nullptr);
  cout << "Stack size: " << sta.size() << endl;

  // queue
  queue<int*> que;
  cout << "Queue size: " << que.size() << endl;
  que.push(nullptr);
  cout << "Queue size: " << que.size() << endl;

  // deque
  deque<int*> deq;
  cout << "Deque size: " << deq.size() << endl;
  deq.push_back(nullptr);
  cout << "Deque size: " << deq.size() << endl;

  // set
  set<int*> se;
  cout << "Set size: " << se.size() << endl;
  se.insert(nullptr);
  cout << "Set size: " << se.size() << endl;

  // map
  map<int*, int> ma;
  cout << "Map size: " << ma.size() << endl;
  ma[nullptr] = 0;
  cout << "Map size: " << ma.size() << endl;

  // unordered_map
  unordered_map<int*, int> ump;
  cout << "Unordered Map size: " << ump.size() << endl;
  ump[nullptr] = 0;
  cout << "Unordered Map size: " << ump.size() << endl;

  // array-based stack
  stack<int*, vector<int*>> abs;
  cout << "Array-based Stack size: " << abs.size() << endl;
  abs.push(nullptr);
  cout << "Array-based Stack size: " << abs.size() << endl;

  // forward_list
  forward_list<int*> flis;
  cout << "Forward List size: " << distance(flis.begin(), flis.end()) << endl;
  flis.push_front(nullptr);
  cout << "Forward List size: " << distance(flis.begin(), flis.end()) << endl;

  // multiset  
  multiset<int*> mse;
  cout << "Multiset size: " << mse.size() << endl;
  mse.insert(nullptr);
  cout << "Multiset size: " << mse.size() << endl;

  // multimap
  multimap<int*, int> mmap;
  cout << "Multimap size: " << mmap.size() << endl;
  mmap.insert({nullptr, 0});
  cout << "Multimap size: " << mmap.size() << endl;

  // unordered_set
  unordered_set<int*> use;
  cout << "Unordered Set size: " << use.size() << endl;
  use.insert(nullptr);
  cout << "Unordered Set size: " << use.size() << endl;

  // string
  string str;
  cout << "String size: " << str.size() << endl;
  str.push_back('\0');
  cout << "String size: " << str.size() << endl;

  // bitset
  bitset<1> bits;
  cout << "Bitset size: " << bits.size() << endl;
  bits[0] = 0;
  cout << "Bitset size: " << bits.size() << endl;

  // unordered_multiset
  unordered_multiset<int*> umse;
  cout << "Unordered Multiset size: " << umse.size() << endl;
  umse.insert(nullptr);
  cout << "Unordered Multiset size: " << umse.size() << endl;

  // unordered_multimap
  unordered_multimap<int*, int> ummap;
  cout << "Unordered Multimap size: " << ummap.size() << endl;
  ummap.insert({nullptr, 0});
  cout << "Unordered Multimap size: " << ummap.size() << endl;

  return 0;
}

打印结果：
Array size: 5
Vector size: 0
Vector size: 1
List size: 0
List size: 1
Stack size: 0
Stack size: 1
Queue size: 0
Queue size: 1
Deque size: 0
Deque size: 1
Set size: 0
Set size: 1
Map size: 0
Map size: 1
Unordered Map size: 0
Unordered Map size: 1
Array-based Stack size: 0
Array-based Stack size: 1
Forward List size: 0
Forward List size: 1
Multiset size: 0
Multiset size: 1
Multimap size: 0
Multimap size: 1
Unordered Set size: 0
Unordered Set size: 1
String size: 0
String size: 1
Bitset size: 1
Bitset size: 1
Unordered Multiset size: 0
Unordered Multiset size: 1
Unordered Multimap size: 0
Unordered Multimap size: 1

v2.0

#include 
#include 
#include 

int main() {
  std::vector<std::string*> buf;
  printf("size = %ld\n",buf.size());
  buf.push_back(nullptr);
  printf("size = %ld\n",buf.size());
  return 0;
}

打印结果：
size = 0
size = 1

4.实验结果

<1>.当将 nullptr 添加到 std::vectorstd::string* 中时，实际上是将一个空指针的地址添加到了容器中，并不是将空指针本身存储到容器中。

<2>.在这种情况下，使用 buf.push_back(nullptr) 是合法的，因为 std::vectorstd::string* 可以存储指针类型的元素。所以在执行完 buf.push_back(nullptr) 后，容器中会存储一个空指针的地址。

<3>.因此，当你打印 buf.size() 时，结果为 1，表示容器中有一个元素，即空指针。

<4>.注意，虽然空指针本身不占用任何内存空间，但是指针的地址存储在容器中占用了一个元素的位置